Seleção de Dispositivos de Proteção contra Surtos para Sistemas Fotovoltaicos - Instalação de DPS
1. Fatores que afetam a instalação de DPS
As sobretensões em sistemas fotovoltaicos (FV) instalados em telhados são causadas principalmente por descargas atmosféricas diretas (sobre ou perto do edifício ou do equipamento FV com sistema de proteção contra surtos), tensão induzida por alterações no campo elétrico relacionadas a raios ou operações de chaveamento em redes de distribuição de energia CA/CC. Para avaliar a necessidade de proteção contra surtos e determinar a estratégia de proteção adequada, a tensão nominal de impulso suportável (Uw) do equipamento deve ser usada como referência. A menos que especificado de outra forma por uma avaliação de riscos, os DPS (dispositivos de proteção contra surtos) devem ser instalados tanto no lado CC quanto no lado CA do sistema FV.
Os dispositivos dentro de um sistema fotovoltaico que podem exigir proteção incluem:
Inversores, incluindo interfaces com o sistema CA de baixa tensão e com o sistema CC, painéis fotovoltaicos, fiação interna do sistema fotovoltaico, componentes instalados entre o inversor e os painéis fotovoltaicos, como caixas de junção; equipamentos utilizados para monitoramento e controle do sistema fotovoltaico.
De acordo com a norma IEC 61643-12 e as seções relevantes da GB/T 21714, a seleção e a instalação de DPS (Dispositivos de Proteção contra Surtos) para sistemas fotovoltaicos dependem de múltiplos fatores. Estes incluem a densidade de descargas atmosféricas no solo (NG) [1/km²·ano] ou o número médio de dias de tempestade por ano (T), as características do sistema de alimentação de baixa tensão (por exemplo, linhas aéreas ou cabos subterrâneos) e a natureza do equipamento a ser protegido, bem como a existência de um Sistema de Proteção contra Raios (SPRA) externo instalado para proteger o sistema fotovoltaico contra descargas atmosféricas diretas.
Caso exista um sistema de proteção contra surtos (LPS) externo, os requisitos do dispositivo de proteção contra surtos (DPS) são influenciados pelo nível de proteção (Classe) do LPS e pela manutenção da distância de separação (S) necessária entre o LPS e o sistema fotovoltaico (LPS isolado ou não isolado).
2. Influência de diferentes configurações externas de sistemas de proteção contra descargas atmosféricas (LPS) na proteção de sistemas fotovoltaicos.
A instalação de SPD (Dispositivo de Proteção contra Surtos) para sistemas fotovoltaicos em telhados geralmente se enquadra em três categorias, com base na presença e no tipo de LPS (Sistema de Proteção contra Sobrecarga) externo:
(1) Sistemas fotovoltaicos sem fonte de alimentação externa de baixa pressão
Conforme ilustrado no diagrama (não incluído aqui), caso o edifício não esteja equipado com um sistema externo de proteção contra raios, os DPS (Dispositivos de Proteção contra Surtos) devem ser instalados com base nos resultados de uma avaliação de risco de raios. Recomenda-se a instalação de dispositivos de proteção contra surtos tanto no lado CA quanto no lado CC para proteger os componentes fotovoltaicos críticos.
Para o lado CC, um DPS CC Tipo 2 (designado como DC1) deve ser instalado próximo à caixa de junção do sistema fotovoltaico ou ao conjunto fotovoltaico (caso não haja caixa de junção). Este DPS protege o edifício contra surtos externos transmitidos pelos cabos fotovoltaicos e é normalmente instalado logo após a entrada dos cabos no edifício. Outro DPS CC Tipo 2 (designado como DC2) deve ser instalado próximo à entrada CC do inversor. Se o comprimento do cabo entre DC1 e o inversor for inferior a 10 metros, o DC1 pode ser omitido.
Para o lado CA, recomenda-se um DPS CA Tipo 2 (designado como AC1) na entrada da rede CA, geralmente localizado no quadro de distribuição principal. Este dispositivo protege contra surtos provenientes da rede elétrica. A necessidade do AC1 em um sistema sem proteção externa contra raios depende dos resultados de uma avaliação de risco de raios. Para proteger o inversor, que é um componente caro, um DPS CA Tipo 2 (designado como AC2) é normalmente instalado próximo à saída CA do inversor. Se o comprimento do cabo entre AC1 e AC2 for inferior a 10 metros, o AC2 pode ser omitido. Consulte a tabela de configuração para obter orientações detalhadas.
(2) Sistemas fotovoltaicos com LPS externo que atendem à distância de separação exigida (LPS isolado)
Conforme ilustrado no diagrama, quando um edifício possui um sistema externo de proteção contra raios (como hastes ou fitas de aterramento) e o conjunto fotovoltaico no telhado é protegido por esse sistema, mantendo-se a distância de separação adequada, considera-se que o sistema fotovoltaico possui um sistema de proteção contra raios isolado. Mesmo nesse caso, a instalação de dispositivos de proteção contra surtos (DPS) ainda é necessária.
Para sistemas com um sistema de proteção contra descargas atmosféricas (LPS) isolado, a configuração do DPS é semelhante à de sistemas sem proteção externa contra descargas atmosféricas. Um DPS CC Tipo 2 deve ser instalado próximo à caixa de junção ou próximo ao conjunto fotovoltaico, caso não haja caixa de junção. Outro DPS CC Tipo 2 deve ser instalado próximo ao lado CC do inversor e um DPS CA Tipo 2 próximo ao lado CA do inversor. No entanto, como o sistema fotovoltaico se conecta à entrada e à saída de energia do edifício, um DPS CA Tipo 1 também é necessário no quadro de distribuição CA principal, onde a energia da rede elétrica entra no edifício. Consulte a tabela de configuração para obter orientações detalhadas sobre o layout.
(3) Sistemas fotovoltaicos com LPS externo que não atendem à distância de separação exigida (LPS não isolado)
Em sistemas fotovoltaicos instalados em telhados, onde os painéis estão muito próximos do sistema externo de proteção contra raios (LPS) e não conseguem atender à distância de segurança exigida, todas as partes metálicas do sistema fotovoltaico precisam ser conectadas ao LPS para garantir a equipotencialização adequada contra raios. Essa é a abordagem comum para proteção contra raios em telhados. Nessa configuração, os cabos CA e CC são tratados como condutores paralelos no sistema de equipotencialização, o que significa que podem ser diretamente afetados pela corrente de um raio. Por isso, a IEC recomenda o uso de dispositivos de proteção contra surtos (DPS) Tipo 1 — geralmente em conjunto com DPS Tipo 2 — em pontos-chave do sistema: onde os cabos fotovoltaicos entram no edifício e nos lados CA e CC de dispositivos importantes, como o inversor.
Conforme mostrado no diagrama, o DC1 deve ser instalado o mais próximo possível da caixa de junção ou próximo ao conjunto fotovoltaico, caso não haja caixa de junção. O DC2 e o AC2 devem ser instalados próximos ao inversor para melhor proteção. Na maioria dos casos, tanto o AC1 (no painel principal) quanto o AC2 (próximo ao inversor) são necessários. No entanto, se o inversor estiver instalado dentro do painel principal e ambos compartilharem o mesmo aterramento, com comprimentos de cabo menores ou iguais a 0,5 metros, o AC2 pode não ser necessário. Consulte a tabela para obter orientações detalhadas de instalação.
1: O DC1 pode ser omitido nas seguintes condições: se o comprimento do cabo entre o DC1 e o inversor for inferior a 10 metros e o nível de proteção contra sobretensão (Up) do AC2 for menor ou igual a 0,8 vezes a tensão nominal de impulso suportável (Uw) do arranjo fotovoltaico; ou se o Up do AC2 for menor ou igual a 0,5 vezes Uw e o condutor PE (terra de proteção) estiver roteado próximo aos cabos CC.
2: O AC2 pode ser omitido nas seguintes condições: se o comprimento do cabo entre AC1 e AC2 for inferior a 10 metros; ou se o inversor e o quadro de distribuição principal partilharem o mesmo eletrodo de aterramento e os cabos de ligação do DPS não tiverem mais de 0,5 metros de comprimento cada — por exemplo, se o inversor estiver instalado dentro do painel principal.
3: Área de seção transversal mínima para condutores de aterramento de DPS: Para DPS do tipo 2, o condutor de aterramento de cobre deve ter no mínimo 6 mm²; para DPS do tipo 1, deve ter no mínimo 16 mm².
A escolha dos DPS (Dispositivos de Proteção contra Surtos) no lado CC em sistemas fotovoltaicos de telhado depende principalmente de como o edifício está protegido contra raios e de como o sistema está cabeado. De acordo com a tabela de configuração e as normas IEC, deve sempre haver um protetor contra surtos no lado CC do inversor. Mas DPS adicionais perto da caixa de junção — ou perto dos painéis fotovoltaicos, se não houver caixa de junção — só são necessários se o cabo entre os painéis e o inversor tiver mais de 10 metros de comprimento.
Dito isso, nem sempre é assim. Em alguns países — na Alemanha, por exemplo — as regras são basicamente opostas. Lá, a proteção contra surtos de corrente contínua é sempre instalada bem ao lado dos painéis fotovoltaicos, e só é necessário adicionar uma perto do inversor se o cabo tiver mais de 10 metros de comprimento.